基于全息表面的低雷達(dá)截面縫隙陣列天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于天線技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種隙陣列縫天線，特別涉及一種利用全息表面減縮雷達(dá)截面的縫隙陣列天線，可以保證天線在保持良好輻射特性的前提下，具有良好的散射特性。對(duì)于輻射特性和散射特性均有要求的天線，該技術(shù)很有實(shí)用價(jià)值。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)今的通信領(lǐng)域中，信號(hào)發(fā)射和接收系統(tǒng)是整個(gè)通信平臺(tái)中最重要的組成部分，天線是該系統(tǒng)中核心的部分，而輻射特性和散射特性是衡量天線性能優(yōu)良的主要指標(biāo)。提高散射特性的關(guān)鍵在于減縮雷達(dá)截面，而雷達(dá)截面是散射特性中最基本的參數(shù)，它是指目標(biāo)在平面波照射下在給定方向上返回功率的一種量度。
[0003]天線是一類特殊的散射體，它的散射通常包括兩部分:一部分是與散射天線負(fù)載情況無關(guān)的結(jié)構(gòu)模式項(xiàng)散射場(chǎng)，它是天線接匹配負(fù)載時(shí)的散射場(chǎng)，其散射機(jī)理與普通散射體相同；另一部分則是隨天線的負(fù)載情況變化的天線模式項(xiàng)散射場(chǎng)，它是由于負(fù)載與天線不匹配而反射的功率經(jīng)天線再輻射而產(chǎn)生的散射場(chǎng)，這是天線作為一個(gè)加載散射體而特有的散射場(chǎng)。
[0004]在國內(nèi)外，并沒有完全理想的技術(shù)手段，可以同時(shí)兼顧天線的輻射和散射特性，這是由于天線系統(tǒng)自身工作特點(diǎn)，它必須保證自身無線電波的正常接收和發(fā)射，因此常規(guī)的減縮措施不可以簡(jiǎn)單地應(yīng)用在天線上。所以，如何在保證天線輻射特性不受影響的前提下，設(shè)計(jì)具有低雷達(dá)截面的天線，有重要意義。
[0005]微波領(lǐng)域中的全息技術(shù)主要是源于光學(xué)全息技術(shù)，全息天線的作用機(jī)理與光學(xué)全息技術(shù)是類似的，如圖1(a)所示，參考天線的輻射場(chǎng)和目標(biāo)天線的輻射場(chǎng)在干涉表面上干涉從而形成干涉圖樣。在微波領(lǐng)域，干涉圖樣采用理想金屬組成，從而利用干涉圖樣記錄干涉場(chǎng)。反過來，只要我們知道參考輻射場(chǎng)和目標(biāo)輻射場(chǎng)的表達(dá)式，經(jīng)過計(jì)算就可以得到干涉場(chǎng)，從而構(gòu)造合適的干涉圖樣即全息結(jié)構(gòu)，再利用產(chǎn)生參考輻射場(chǎng)的參考天線照射干涉圖樣，就可以形成目標(biāo)輻射場(chǎng)，如圖1(b)所示。
[0006]縫隙陣列天線是利用金屬地板上的縫隙進(jìn)行輻射的天線，天線結(jié)構(gòu)自上而下一般為帶有縫隙的金屬地板、輻射介質(zhì)板、饋電網(wǎng)絡(luò)、反射介質(zhì)板和金屬反射板，與常規(guī)天線相比，具有重量輕、體積小、剖面薄、易于加工等特點(diǎn)。由Simone Genovesi于2014年在IEEE TRANSACT1NS ON ANTENNAS AND PROPAGAT1N 發(fā)表了題為 “Wideband Radar CrossSect1n Reduct1n of Slot Antennas Arrays”的文章，該文章中公開了一種縫隙陣列天線，其結(jié)構(gòu)包括輻射地板、輻射介質(zhì)板、饋電網(wǎng)絡(luò)、反射介質(zhì)板和金屬反射板；輻射地板和饋電網(wǎng)絡(luò)分別印制在福射介質(zhì)板的上下表面，金屬反射板印制在反射介質(zhì)板的下表面，兩種介質(zhì)板從上到下緊密粘合形成該縫隙陣列天線；輻射地板上設(shè)置有4X4的矩形縫隙陣列，該陣列的行周期和列周期相等；輻射地板、輻射介質(zhì)板、反射介質(zhì)板和金屬反射板均為邊長(zhǎng)相等的正方形；這種天線具有良好的輻射特性，但是由于為了保證天線的輻射特性，輻射地板較大，造成該天線的雷達(dá)截面很高，不具備良好的散射特性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述已有縫隙陣列天線存在的缺點(diǎn)，提出了一種基于全息表面的低雷達(dá)截面縫隙陣列天線，用以通過全息表面減縮陣列天線的雷達(dá)截面，提高其散射特性。
[0008]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的采用的技術(shù)方案為:
[0009]一種基于全息表面的低雷達(dá)截面縫隙陣列天線，包括輻射地板3、輻射介質(zhì)板4、饋電網(wǎng)絡(luò)5、反射介質(zhì)板6和金屬反射板7 ；輻射地板3和饋電網(wǎng)絡(luò)5分別印制在輻射介質(zhì)板4的上下表面，金屬反射板7印制在反射介質(zhì)板6的下表面，福射介質(zhì)板4和反射介質(zhì)板6由上而下緊密粘合，其特征在于還包括全息表面I和全息介質(zhì)板2，所述全息表面I印制在全息介質(zhì)板2的上表面，該全息表面I是由四種不同邊長(zhǎng)的正方形金屬貼片周期排布而成，四種金屬貼片以最長(zhǎng)邊長(zhǎng)的金屬貼片為中心，其邊長(zhǎng)隨貼片中心到全息介質(zhì)板2中心橫向和縱向距離的增加而變化，由長(zhǎng)到短再到長(zhǎng)，周而復(fù)始，在全息表面I的中心位置附近設(shè)置有2X2個(gè)矩形縫隙15 ;所述三個(gè)介質(zhì)板2，4，6依次形成上下層疊結(jié)構(gòu)。
[0010]上述基于全息表面的低雷達(dá)截面縫隙陣列天線，所述全息介質(zhì)板2采用介電常數(shù)為4.4的FR4材料，輻射介質(zhì)板4和反射介質(zhì)板6均采用介電常數(shù)為2.65的F4B材料，形狀均為正方形，厚度分別為hl、h2和h3，其中h3>hl>h2。
[0011]上述基于全息表面的低雷達(dá)截面縫隙陣列天線，所述四種金屬貼片是由第一金屬貼片11、第二金屬貼片12、第三金屬貼片13和第四金屬貼片14組成，邊長(zhǎng)分別為nl、n2、n3 和 n4，其中 nl = 0.8 ?1.6mm、n2 = 2 ?2.8mm、n3 = 3.2 ?4mm、n4 = 4.4 ?5.2mm，相鄰貼片的橫向和縱向間距相等。
[0012]上述基于全息表面的低雷達(dá)截面縫隙陣列天線，所述輻射地板3的中心位置附近設(shè)置有2X2條、尺寸為SXH的矩形縫隙31，H>S，相鄰縫隙的橫向和縱向間距相等。
[0013]上述基于全息表面的低雷達(dá)截面縫隙陣列天線，所述全息表面I上設(shè)置的2X2個(gè)矩形縫隙15，其位置與輻射地板3上的四條矩形縫隙31的位置對(duì)應(yīng)，尺寸為M1XM2，M1>S，M2>Ho
[0014]上述基于全息表面的低雷達(dá)截面縫隙陣列天線，所述全息介質(zhì)板2上設(shè)置有四個(gè)矩形通孔21，這四個(gè)矩形通孔與全息表面I上的四個(gè)矩形縫隙15的位置和大小相同。
[0015]上述基于全息表面的低雷達(dá)截面縫隙陣列天線，所述饋電網(wǎng)絡(luò)5是由一條第一微帶線51、一條第二微帶線52、兩條第三微帶線53、兩條第四微帶線54和四條第五微帶線55連接而成，其中第五微帶線55是由兩段長(zhǎng)度不同且相互正交的微帶線組成的L型結(jié)構(gòu)；該饋電網(wǎng)絡(luò)5的起始端配套的同軸頭內(nèi)心相連，其末端位于四個(gè)矩形縫隙31的正下方且正交于其中點(diǎn)位置，用于耦合饋電。
[0016]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0017]I)本發(fā)明由于在全息表面和在全息介質(zhì)板上設(shè)置2X2個(gè)等距離排布的矩形縫隙和矩形通孔，消除了由于引入全息表面和全息介質(zhì)對(duì)天線增益和工作頻率偏移的影響，使天線增益和工作頻率保持在原有天線的水平。
[0018]2)本發(fā)明由于引入設(shè)置有不同尺寸的正方形金屬貼片的全息表面，在平面波的照射下全息表面被激勵(lì)，將散射波的方向轉(zhuǎn)變?yōu)檠厮椒较騻鞑?，??25GHz的頻段內(nèi)降低了單站雷達(dá)截面，從而改善了散射特性。
【附圖說明】
[0019]圖1是全息天線的工作機(jī)理示意圖；
[0020]圖2是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖3是本發(fā)明中輻射地板和饋電網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖4是本發(fā)明的俯視圖；
[0023]圖5是本發(fā)明中全息介質(zhì)板的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖6是本發(fā)明中四種金屬貼片的結(jié)構(gòu)和排列方式示意圖；
[0025]圖7是本發(fā)明實(shí)施例3與現(xiàn)有天線的S參數(shù)的對(duì)比圖；
[0026]圖8是本發(fā)明實(shí)施例3與現(xiàn)有天線的輻射方向圖的對(duì)比圖；
[0027]圖9是本發(fā)明實(shí)施例3與現(xiàn)有天線的雷達(dá)截面對(duì)比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述:
[0029]實(shí)施例1:
[0030]參照附圖2，本發(fā)明包括全息表面1、全息介質(zhì)板2、輻射地板3、輻射介質(zhì)板4、饋電網(wǎng)絡(luò)5、反射介質(zhì)板6和金屬介質(zhì)板7 ;全息介質(zhì)板2、輻射介質(zhì)板4和反射介質(zhì)板6是邊長(zhǎng)均為 W 的正方形，厚度分別是 h1、h2、h3，其中 W = 125mm，hi = 2mm，h2 = 1mm，h3 = 6mm,福射介質(zhì)板4和金屬介質(zhì)板7均是采用介電常數(shù)為2.65的F4B材料；全息表面I印制在全息介質(zhì)板2上表面，輻射地板3和饋電網(wǎng)絡(luò)5分別印制在輻射介質(zhì)板4的上表面和下表面，金屬反射板7印制在反射介質(zhì)板6下表面，全息介質(zhì)板、福射介質(zhì)板和反射介質(zhì)板依次形成上下層疊結(jié)構(gòu)。
[0031]參照附圖3，輻射地板3與三種介質(zhì)板的形狀以及大小均相同，在其中心位置附近開有2X2的四條SXH縫隙31，其尺寸大小S = 2mm，H = 17.8mm，相鄰之間的橫向和縱向間距均為N = 23_。
[0032]饋電網(wǎng)絡(luò)5是由一條第一微帶線51、一條第二微帶線52、兩條第三微帶線53、兩條第四微帶線54和四條第五微帶線55連接而成，其中第五微帶線55是由兩段長(zhǎng)度不同且相互正交的微帶線組成的L型結(jié)構(gòu)，第一微帶線51起始端是饋電端口，與配套的同軸頭內(nèi)心相連接，末端與第二微帶線52垂直連接并相交于其中點(diǎn)；第二微帶線52的兩端分別連接有第三微帶線53，第三微帶線53的另一端與第四微帶線54垂直連接并相交于其中點(diǎn)，第四微帶線54的兩端分別與第五微帶線55的短邊相連，第五微帶線55的另一端